JP5470070B2

JP5470070B2 - 杭構造、鋼管杭の挿入方法

Info

Publication number: JP5470070B2
Application number: JP2010020562A
Authority: JP
Inventors: 正金子; 敏己須藤; 忠久山本; 康司渡邉; 広宣中釜
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-02-01
Also published as: JP2011157731A

Description

本発明は、複数の鋼管を接続した鋼管杭が地盤内に埋設されてなる杭構造及び鋼管杭の挿入方法に関する。

従来より、地盤耐力が小さい敷地において住宅等の建築物を構築する場合には、建築物を強固に支持できるように、建築物の下部に杭基礎が設けられている。住宅地等において施工する際には、周囲への騒音、振動が問題となるため、杭基礎として周囲にスパイラルウイングを取り付けた鋼管杭が用いられている（例えば、特許文献１参照）。かかる鋼管杭によれば、鋼管杭を地盤に回転圧入することで施工時の騒音、振動を抑えることができる。

特許２５９２０７９号公報

上記の方法において、鋼管杭を一体に成形してしまうと、資材の搬入、載置をする際に広い敷地が必要となるため、狭隘な敷地での施工に適さない。そこで、複数に分割された鋼管を接続して鋼管杭を構成することが考えられるが、地盤を掘削しながら鋼管を回転圧入させなければならず、鋼管同士の接続部に大きな力が作用する。このため、鋼管同士を強固に接続しなければならず、接続部の構成が複雑になる。
そこで、現在、発明者らは、地盤を改良してソイルセメントを製造しておき、このソイルセメント内に鋼管杭を挿入する方法を開発している。この方法によれば、鋼管杭を圧入する際の力を抑えて鋼管同士の接続部の構成を簡易にすることが可能となる。しかし、この方法を用いる場合には、鋼管杭とソイルセメントとの間で効率よく応力伝達が可能である必要がある。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、地盤改良体内に鋼管杭を埋設する方法を用いる際に、複数に分割された鋼管同士の接続部の構成が複雑にならないようにするとともに、鋼管と地盤改良体との間で効率良く応力伝達できるようにすることである。

本発明の杭構造は、支持層を備える地盤内に形成されたソイルセメントからなる地盤改良体と、前記地盤改良体内に埋設された鋼管杭本体とを備え、前記鋼管杭本体は、両端部にフランジが接続された複数の鋼管が、前記フランジ同士を固定することで連結されてなり、最下端の前記鋼管の下端が、前記地盤改良体から下方に突出して前記支持層に埋入されていることを特徴とする。

上記の杭構造において、前記鋼管杭本体は、その一部に他の鋼管に比べて径が大きな鋼管が連結されていてもよい。また、前記径の異なる鋼管と、他の鋼管との間には、前記他の鋼管の側から前記径の異なる鋼管に向かって径が次第に大きくなるテーパーを有する鋼管が介在されていてもよい。

また、本発明の鋼管杭の構築方法は、支持層を備える地盤を削孔攪拌しながらセメントミルクを注入することで地盤内にソイルセメントを形成するソイルセメント形成ステップと、両端部にフランジが接続された複数の鋼管を、前記フランジ同士を固定することで継ぎ足しながら、前記ソイルセメント内に挿入し、最下端の前記鋼管の下端を、前記地盤改良体から下方に突出させて前記支持層に埋入する鋼管挿入ステップとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、予め、地盤を削孔攪拌することで形成した地盤改良体に、鋼管杭本体を埋入させることとしたため、大きな力を作用させなくても鋼管杭本体を地盤内に挿入することができる。このため、鋼管の端部に取り付けられたフランジ同士を固定することで、鋼管を接続する構成を採用することができ、鋼管同士の接続部の構成が複雑にならない。また、フランジにより地盤改良体との間で支圧力が作用するため、鋼管と地盤改良体との間で効率良く応力伝達できる。

本実施形態の鋼管杭を示す鉛直断面図である。圧入装置を示す図であり、（Ａ）は地盤を掘削する際の状態を示し、（Ｂ）は鋼管杭本体を圧入する際の状態を示す。掘削ビットの詳細な構成を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は見上げ図である。鋼管杭本体の圧入方法を説明するための図（その１）である。鋼管杭本体の圧入方法を説明するための図（その２）である。鋼管杭本体の圧入方法を説明するための図（その３）である。大径の鋼管と小径の鋼管との間に介在させる別の実施形態の鋼管を示す図である。別の実施形態の鋼管杭の下端部を示す図である。別の実施形態の鋼管杭の中間部を示す図である。

以下、本発明の杭構造の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の杭構造１を示す鉛直断面図である。同図に示すように、本実施形態の杭構造１は、鋼管杭本体１００が、地盤中に形成された地盤改良体１４０内に埋設されてなる。

地盤改良体１４０は、地盤中に構築された円柱状のソイルセメントからなり、下端が支持層２まで到達している。

鋼管杭本体１００は、複数の鋼管１１０が上下に接続されて構成されている。各鋼管１１０の上下端部には、複数のボルト孔１１１Ａが形成された円環状のフランジ１１１が取り付けられており、上下の鋼管１１０は、上方の鋼管１１０の下端のフランジ１１１と、下方の鋼管１１０の上端のフランジ１１１が、ボルト１１２及びナット１１３により固定されることにより、接続されている。

鋼管杭本体１００を構成する鋼管１１０のうち、上部の鋼管１１０Ａは、下部の鋼管１１０Ｃよりも大径のものが用いられており、これらの鋼管１１０Ａ、１１０Ｃの間には、下方から上方に向かって次第に径が大きくなるようなテーパーを有する鋼管が介在している。

最下端の鋼管１１０Ｄには、下端から所定の高さ位置に円環状の支圧板１２０が取り付けられている。そして、この鋼管１１０Ｄは、その支圧板１２０よりも下方の部分が支持層２内に埋入されており、支圧板１２０の下面が支持層２の上面に当接している。

次に、鋼管杭本体１００を圧入する際に用いられる圧入装置について説明する。図２は圧入装置１０を示す図であり、（Ａ）は地盤を削孔攪拌する際の状態を示し、（Ｂ）は鋼管杭本体１００を圧入する際の状態を示す。同図に示すように、圧入装置１０はキャタピラからなる移動機構２０と、移動機構２０によって移動可能な台座部３０と、台座部３０により鉛直方向に延びるように支持された案内部４０と、案内部４０に取り付けられた起振装置５０と、起振装置５０に接続されたロッド７０と、ロッド７０を回転させる回転装置６０とを備える。

起振装置５０は、例えば、偏芯重錘を回転させることにより生じた起振力をロッド７０に伝達する装置である。起振装置５０は、ロッド７０及び回転装置６０とともに案内部４０に沿って上下に移動可能である。
回転装置６０は、ロッド７０にその軸を中心とした回転力を加える装置である。

図２（Ａ）に示すように、地盤を削孔攪拌する際には、起振装置５０のロッド７０の先端に掘削ビット８０が取り付けられ、また、外部からロッド７０の内部を通じて掘削ビット８０の先端からセメントミルクを排出するセメントミルク供給装置９０が接続される。

図３は、掘削ビット８０の詳細な構成を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は見上げ図である。同図に示すように、掘削ビット８０は、ロッド７０の先端に接続される軸部８１と、軸部８１の先端部に側方に延びるように取り付けられた掘削翼本体８３と、掘削翼本体８３に取り付けられたビット８４と、外周に向かって延びるように軸部８１に接続された複数の攪拌翼８２と、軸部８１の先端に取り付けられたビット８５とを備える。セメントミルク供給装置９０によりロッド７０を通じて供給されたセメントミルクは、軸部８１の先端から排出される。

図２（Ａ）に示すように、圧入装置１０は、ロッド７０の先端に掘削ビット８０を取り付けた状態で、回転装置６０によりロッド７０を介して掘削ビット８０を回転させることで、掘削翼本体８３に取り付けられたビット８４により地盤を削孔攪拌することができる。また、セメントミルク供給装置９０により削孔攪拌部内にセメントミルクを噴射するとともに、掘削ビット８０が回転することで、攪拌翼８２がセメントミルクと掘削土とを混合攪拌し、ソイルセメントを形成することができる。

また、図２（Ｂ）に示すように、鋼管杭本体１００を圧入する際には、ロッド７０の先端にアタッチメント９５を取り付ける。このアタッチメント９５は、ロッド７０の先端に着脱可能であるとともに、鋼管杭本体１００の上部をロッド７０と同軸に保持可能なものである。

図４Ａ〜図４Ｃは、鋼管杭本体１００の圧入方法を説明するための図である。
本実施形態では下部に強度の高い支持層２を備えた地盤３において鋼管杭本体１００を圧入する場合について説明する。
まず、図４Ａに示すように、圧入装置１０のロッド７０の先端に掘削ビット８０を取り付けるとともに、セメントミルク供給装置９０を圧入装置１０に接続する。そして、回転装置６０によりロッド７０を介して掘削ビット８０を毎分２０〜６０回転の速度で回転させながら、下端が支持層２の上部に到達するまで地盤３を削孔攪拌して削孔攪拌部４を形成する。この際、起振装置５０によりロッド７０を介して掘削ビット８０に例えば、２０〜５０Ｈｚ程度の起振力を加える。これにより、掘削ビット８０が回転力及び起振力により地盤を削孔攪拌するため、掘削ビット８０の切削効率が向上する。また、掘削ビット８０から起振力が地盤３に伝達されることで、地盤３内の大きな礫や岩が振動により移動するため、地盤３内に礫や岩がある場合であっても容易に削孔攪拌を行える。

また、上記の掘削作業と平行して、セメントミルク供給装置９０により、ロッド７０の内部を通じて削孔攪拌部４内にセメントミルクを噴射する。掘削ビット８０の下方の地盤３にはロッド７０の先端からセメントミルクが噴射されるとともに掘削ビット８０から起振力が伝達されることにより、地盤３がセメントミルクを含んだ状態で振動することで液状化して軟化するため、掘削ビット８０により容易に削孔攪拌することができる。このように、圧入装置１０によれば、起振装置５０により起振力が加えられることで削孔攪拌部４の掘削効率が向上する。

そして、掘削ビット８０により切削された土砂とロッド７０の先端から噴射されたセメントミルクとが、攪拌翼８２により攪拌されることで削孔攪拌部４内にソイルセメント５が形成される

次に、圧入装置１０から掘削ビット８０及びセメントミルク供給装置９０を撤去する。そして、図４Ｂに示すように、ロッド７０の先端にアタッチメント９５を接続し、このアタッチメント９５に鋼管杭本体１００を構成する最下段の鋼管１１０を取り付ける。そして、圧入装置１０により、ソイルセメント５が満たされた削孔攪拌部４内に最下段の鋼管１１０を圧入する。この際、上記のように予め地盤を削孔攪拌して削孔攪拌部４を形成しておくことで、鋼管１１０を大きな力を加えることなく、削孔攪拌部４内に挿入することができる。

さらに、圧入した鋼管１１０の上部に新たに鋼管１１０を配置し、フランジ１１１のボルト孔１１１Ａにボルト１１２を挿通させてナット１１３を締め付けて鋼管１１０を接続する。そして、この接続した鋼管１１０を上記と同様に圧入する。この際、圧入装置１０の起振装置５０により鋼管１１０に起振力を加えるとともに、回転装置６０によりロッド７０を介して回転を加えることで、上述したように、鋼管１１０の周囲のソイルセメントが液状化するため、鋼管１１０をよりスムーズに圧入することができる。

次に、図４Ｃに示すように、鋼管杭本体１００の下端が支持層２の上部まで達した後、さらに、環状部１２０が支持層２の上面に当接するまで、起振装置５０により起振力を加えるとともに、回転装置６０により回転を加えながら鋼管１１０を圧入する。そして、環状部１２０が支持層２の上部に当接するまで鋼管杭本体１００を圧入した後、削孔攪拌部４内に満たされたソイルセメント５が硬化することで、鋼管杭本体１００の圧入作業が完了する。なお、環状部１２０が支持層２に当接したことは、予め、地盤調査により支持層２の深さを調査しておき、鋼管杭本体１００を圧入する際に圧入した深さを測定し、これらを比較することで検知できる。

本実施形態によれば、予め、削孔攪拌部４を形成するとともに、削孔攪拌部４内にソイルセメント５を製造しておき、このソイルセメント５内に鋼管１１０を圧入することとしたため、大きな力を作用させなくても鋼管１１０を地盤３内に挿入することができる。このため、鋼管１１０の端部に取り付けられたフランジ同士を固定することで、鋼管１１０を接続することができ、鋼管同士の接続部の構成が複雑にならない。

また、本実施形態の杭構造１によれば、鋼管１１０をその周囲に突出するフランジ１１１により接続して鋼管杭本体１００を構成しているため、このフランジ１１１が支圧部として機能することで周囲の地盤改良体１４０へ応力伝達が可能となる。これにより、鋼管杭本体１００と地盤改良体１４０とが一体となり、地盤改良体１４０と地盤３との間での摩擦力による支持力を得ることができ、摩擦杭としての支持力を向上することができる。

また、鋼管杭本体１００の下端部の周囲に円環状の環状部１２０を設け、この環状部１２０が支持層２の上部に当接するように鋼管杭本体１００を埋設したため、環状部１２０の面積分だけ支持面積が大きくなり、支持杭としての支持力を向上することができる。

また、鋼管杭本体１００の上部を構成する鋼管１１０Ａのみに大径のものを用いているので、鋼管杭本体１００と、この鋼管杭本体１００により支持される建物とをより強固に接続することができる。これにより、地震時などには、鋼管杭本体１００と建物との接続部に大きな曲げモーメントが作用するが、これに抵抗することができる。

なお、本実施形態では、鋼管杭本体１００の中間に、上下全長に亘ってテーパーを有する鋼管１１０Ｂを介在させることとしたが、これに限らず、図５（Ａ）に示すように中間部より上部のみにテーパーを有する鋼管２１０Ｂを介在させてもよいし、同図（Ｂ）に示すように、上部のフランジ１１１と鋼管２２０Ｂとの間にリブ２２１を取り付けた鋼管２２０Ｂを介在させることとしてもよい。また、同図（Ｃ）に示すように、上下全長に亘ってリブプレート２３１が取り付けられた鋼管２３０Ｂを介在させてもよいし、同図（Ｄ）に示すように、大径の鋼管１１０Ａよりも小径、かつ、小径の鋼管１１０Ｃよりも大径の鋼管２４０Ｂを用いてもよい。

また、図６（Ａ）に示すように、鋼管杭本体１００の下端に下方に向かって径が大きくなるようなテーパー２１１を有する鋼管２１０Ｄを用いてもよい。この場合、テーパー２１１の内側にはフランジを設けるとよい。また、同図（Ｂ）に示すように、下端の支圧板１２０とフランジ１１１との間にリブプレート１２１を有する鋼管２２０Ｄを用いてもよい。これにより支持杭としての機能を向上することができる。

また、図７に示すように、鋼管杭本体１００の中間部に上下の鋼管３１０Ｃに比べて径の大きな鋼管３１０Ａを介在させてもよい。この場合、同図に示すように、大径の鋼管３１０Ａと小径の鋼管３１０Ｃとの間にテーパーを有する鋼管３１０Ｂを介在させてもよい。これにより、鋼管杭を節付杭として利用することができる。

また、上記のように、必ずしも、異なる径の鋼管を用いる必要はなく、全体に亘って一定の径の鋼管を用いてもよい。

また、本実施形態では、環状部１２０を支持層２の上部に当接させているが、これに限らず、支持層２内に埋設しても同様の効果が得られる。また、本実施形態では、環状部１２０を設けることとしたが、必ずしも環状にする必要はなく、鋼管から外周方向に突出していればよい。

１杭構造
２支持層３地盤
４削孔攪拌部５ソイルセメント
１０圧入装置２０移動機構
３０台座部４０案内部
５０起振装置６０回転装置
７０ロッド８０掘削ビット
８１軸部８２攪拌翼
８３掘削翼本体８４ビット
９０セメントミルク供給装置９５アタッチメント
１００鋼管杭本体１１０鋼管
１１１フランジ１１２ボルト
１１３ナット１２０環状部
１３１リブプレート１４０地盤改良体
２１０Ｂ，２１０Ｄ鋼管２１１テーパー
２２０Ｂ、２２０Ｄ鋼管２２１リブ
２３０Ｂ，２４０Ｂ、３１０Ａ，３１０Ｂ、３１０Ｃ鋼管
２３１リブプレート

Claims

支持層を備える地盤内に形成されたソイルセメントからなる地盤改良体と、
前記地盤改良体内に埋設された鋼管杭本体とを備え、
前記鋼管杭本体は、両端部にフランジが接続された複数の鋼管が、前記フランジ同士を固定することで連結されてなり、最下端の前記鋼管の下端が、前記地盤改良体から下方に突出して前記支持層に埋入されていることを特徴とする杭構造。
請求項１記載の杭構造であって、
前記鋼管杭本体は、その一部に他の鋼管に比べて径が大きな鋼管が連結されていることを特徴とする杭構造。
請求項２記載の杭構造であって、
前記径の異なる鋼管と、他の鋼管との間には、前記他の鋼管の側から前記径の異なる鋼管に向かって径が次第に大きくなるテーパーを有する鋼管が介在されていることを特徴とする杭構造。
支持層を備える地盤を削孔攪拌しながらセメントミルクを注入することで地盤内にソイルセメントを形成するソイルセメント形成ステップと、
両端部にフランジが接続された複数の鋼管を、前記フランジ同士を固定することで継ぎ足しながら、前記ソイルセメント内に挿入し、最下端の前記鋼管の下端を、前記地盤改良体から下方に突出させて前記支持層に埋入する鋼管挿入ステップとを備えることを特徴とする鋼管杭の挿入方法。